열전현상: 제벡·펠티에·톰슨 효과
열전현상은 서로 다른 도체의 접합부나 도체 내부에서 열과 전기 에너지가 바뀌는 현상이다. 열전현상은 제벡, 펠티에, 톰슨 효과를 묶은 이름이다. 세 효과는 모두 재료의 제벡 계수 하나로 설명된다. 제벡 효과는 온도차가 전기 신호로 바뀌는 효과다. 1821년 제벡이 발…
주요 장면
대본
열전현상 개요
열전현상은 서로 다른 도체의 접합부나 도체 내부에서 열과 전기 에너지가 바뀌는 현상이다.
열전현상은 제벡, 펠티에, 톰슨 효과를 묶은 이름이다.
세 효과는 모두 재료의 제벡 계수 하나로 설명된다.
제벡 효과
제벡 효과는 온도차가 전기 신호로 바뀌는 효과다. 1821년 제벡이 발견했다.
두 접점에 온도차를 주면 회로에 열기전력이 생긴다. 개방 상태에서 dV = S dT 로 쓴다.
여기서 S는 제벡 계수이며 단위는 V/K다. 온도차가 없으면 기전력도 없다.
펠티에 효과
펠티에 효과는 전류가 흐를 때 접합부에서 열이 흡수되거나 방출되는 효과다.
전류 방향에 따라 흡열과 발열이 바뀐다. 접합부의 열량은 Q = Π I 로 쓴다.
펠티에 계수 Π는 절대온도 T와 제벡 계수 S의 곱으로, Π = TS 이다.
톰슨 효과
톰슨 효과는 온도 구배가 있는 단일 도체에 전류가 흐를 때 생기는 열이다.
접합부가 없는 재료 하나에서도 일어난다. 전류나 온도 구배 중 하나라도 없으면 생기지 않는다.
톰슨(켈빈 경)이 제시했으며 단위 길이당 열량은 μ I dT/dx 로 쓴다.
세 효과 비교
세 효과는 입력과 출력의 방향에 따라 구분한다.
켈빈의 관계식에 따르면 세 효과는 제벡 계수 하나로 설명된다.
제1관계식은 Π = TS 이고, 제2관계식은 톰슨 계수와 제벡 계수의 온도 의존성을 잇는다.
열전대 측온과 기준접점
열전대는 열기전력을 재서 온도로 환산하는 측정 소자다.
열기전력은 두 접점의 온도차와 금속 조합으로 정해지며, 선의 굵기나 길이와는 무관하다.
그래서 기준접점 온도를 알아야 측온접점 온도를 구할 수 있다.
기준접점 온도 보정을 빠뜨리는 것이 흔한 실수다.
정리
앞에서 푼 문제의 정답은 0이다.
제벡 효과는 온도차가 없으면 기전력도 생기지 않는다.
세 효과는 제벡 계수 하나로 결정되는 한 현상의 다른 모습이다.